3^circ) (2,0 pontos) Uma turbina para operar de maneira mais eficiente possível deve ter um ciclo de funcionamento adiabático. Uma turbina que opera recebendo um vapor com temperatura de 350^circ C e pressão de 20 bar , apresenta os seguintes resultados:
a) A saída do trabalho da turbina é de 64000 J / s;
b) A quantidade de vapor consumida na turbina é de 450 kg / h,
c) O vapor que sai da turbina tem uma pressão de 10 bar .
Analisando estes dados juntamente com os cálculos do balanço de energia podemos afirmar que a turbina está operando aproximadamente de forma adiabática?

Passo 1

O enunciado dá uma turbina que recebe vapor a P1=20 bar e T1=350,^circC, entrega potência dotW=64,000,J/s consumindo vapor a 450,kg/h, e expele vapor a P2=10 bar. Queremos verificar se a operação é aproximadamente adiabática, ou seja, se não há troca de calor Qapprox0. Para isso usamos o balanço de energia em regime estacionário, desprezando variações de energia cinética e potencial, que para turbina adiabática dá
dotW = dotm,(h1 - h2),
Precisamos então comparar o trabalho específico medido com o máximo trabalho isentrópico possível (expansão reversível adiabática) e checar se há coerência física.

Passo 2

Convertendo a vazão mássica e calculando o trabalho específico medido:
dot m = 450 kg/h3600 s/h = 0,125 kg/s, wreal = dot Wdot m = 64,000 J/s0,125 kg/s = 512,000 J/kg = 512 kJ/kg

Passo 3

Pela tabela de vapor superaquecido em P1=20 bar e T1=350,^circC temos aproximadamente
h1 approx 3118 kJ/kg, s1 approx 6,65 kJ/(kgcdotK)
Para expansão isentrópica até P2=10 bar mantém-se s2 = s1. Nas tabelas de vapor superaquecido a 10 bar, para s=6,65 obtém-se
h2s approx 2801 kJ/kg
Então o trabalho isentrópico máximo seria
wisen = h1 - h2s approx 3118 - 2801 = 317 kJ/kg

Passo 4

Comparando
wreal = 512 kJ/kg versus wisen = 317 kJ/kg,
vemos que o trabalho real especifico excede o máximo isentrópico, o que é fisicamente impossível em um processo adiabático irreversível (sempre wreal < wisen). Portanto os dados não são consistentes com ciclo adiabático, indicando que houve troca de calor ou erro de medição.

Resposta

A turbina não está operando de forma adiabática, pois o trabalho específico obtido ( 512,kJ/kg) é maior que o máximo isentrópico possível ( 317,kJ/kg).

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